A major disease damaging seedlings of Pinus palustris is caused by the fungus Mycosphaerella dearnessii. Population structure of this pathogen was studied in a population in Mississippi. High genetic diversity (0.65) was measured using microsatellite markers and coincides with the high number of vegetative compatibly groups observed. A 30 Mb genome sequence for a single isolate of M. dearnessii was assembled, representing 65% of the estimated genome size. Nearly all (93%) of the core set of genes present in eukaryotes were detected from a total of 10,996 predicted genes. A total of 853 enzymatic associations were identified along with several genes homologous to pathogenic genes in other fungal pathogens. These results provide insights into the infection process and host-pathogen interactions. Further investigating this pathosystem will lead to effective disease management strategies.

Cryphonectria parasitica is the causal agent of chestnut blight, which devastated the American Chestnut tree population in the early 20th century. The discovery of hypoviruses that reduce the severity of the chestnut blight infection offers the potential for biological control. However, the spread of the hypoviruses is hampered by a diverse genetically controlled nonself-recognition system, vegetative incompatibility (vic). CPVIB-1 was identified as a transcription regulator playing an important role in the programmed cell death response to this stimulus. In this study, we have found that CPVIB-1 is ubiquitin-decorated which might lead to its degradation in the proteasome pathway. RNA-Seq and ChIP-Seq were used to further explore the downstream targets of CPVIB-1 that mediate the various metabolic changes that lead to the altered phenotype of the Δcpvib-1 mutant. Due to inaccuracies in the prior annotation, we performed a genome re-annotation to improve the accuracy using a MAKER2-two-pass pipeline. To validate the improvement a second pipeline, PEPA, was developed to compare quality metrics between the old and new annotations. Approximately 1/3 of the original annotations from 2009 were found to be inaccurate. Experimental confirmation by testing 27 predicted genes using a diagnostic PCR protocol to differentiate between prior and new transcript structures showed that over 80 % of tested genome locations supported for the new annotation. Using rapamycin treatment to mimic stimulation of the vic response and applying the RNA-seq and ChIP-seq data to this new information, we found that CPVIB-1 is related to TOR signaling pathways, promoting autophagy and the proteasome pathway, but repressing carbon metabolism, protein and lipid biosynthesis. In depth analysis of CPVIB-1-bound DNA targets showed that this protein is a member of the GAGA regulator family, a group of multifaceted transcription factors with diverse roles in gene activation and repression, maintenance of mitosis, and cell development. Following treatment with rapamycin the recognition sequence bound by CPBVIB-1 was altered leading to the regulation of different suite of genes with diverse metabolic functions. Ultimately, we have developed a revised model of TOR signaling pathway where TORC1 and TORC2 signaling pathways are connected by the action of CPVIB1.

Les prions sont des agrégats amyloïdes infectieux. Le prion [Het-s] de Podospora anserina est un des prions le mieux caractérisé. Le prion [Het-s] est impliqué dans l’incompatibilité végétative – un processus biologique qui a lieu au cours des anastomoses entre des souches génétiquement différentes. Quand une souche [Het-s] fusionne avec une souche exprimant l’allèle alternatif du gène het-s – l’allèle het-S – une réaction de mort cellulaire programmée est déclenchée. Les deux protéines diffèrent de 13 acides aminés et partagent une architecture en deux domaines ; un domaine globulaire en N-terminal nommé HeLo et un domaine PFD (Prion Forming Domain) en C-terminal. Il a été établi qu’en présence des fibres amyloïdes de [Het-s], la protéine HET-S agit en ‘pore-forming’ toxine : la transconformation du PFD de HET-S par les fibres amyloïdes du [Het-s] active le domaine HeLo de HET-S et entraîne la mort cellulaire. Afin de mieux caractériser les propriétés du repliement β-solénoïde du prion [Het-s], nous avons entrepris l’exploration in vivo des relations structure-fonction de ce repliement par une approche d’alanine scanning. Au cours de nos recherches pour des homologues de HET-S/s, nous avons identifié un partenaire fonctionnel de HET-S – une protéine appelée NWD2. NWD2 est une protéine STAND et partage une séquence homologue (3-23) au PFD de HET-S/s. Les protéines STAND, après la reconnaissance d’un ligand, forment des plateformes oligomériques pour transduire le signal. Des analyses génomiques in silico réalisées dans plusieurs génomes fongiques nous ont amené à proposer que la transduction du signal via une protéine STAND à repliement amyloïde est un mécanisme ancien et conservé chez les champignons. Dans ce contexte nous avons identifié deux nouveaux motifs PFD putatifs – σ et PP. En soumettant à l’épreuve notre hypothèse, nous avons d’abord démontré que NWD2 interagit avec HET-S/s en fonction d’un ligand spécifique in vivo et l’interaction est dépendante de la séquence NWD2(3-23) homologue au PFD de HET-S/s. Nous avons ensuite exploré le motif PP associé à un domaine HeLo-like (HELL) dans le génome de Chaetomium globosum. En démontrant la nature amyloïde et prion-like du motif PP ainsi que l’analogie fonctionnelle entre ce motif et le PFD de HET-S/s in vivo nous avons apporté des arguments supplémentaires en faveur de l’implication des repliements amyloïdes dans la transduction du signal chez les champignons filamenteux. / Prions are infectious amyloid aggregates. Podospora anserina’s [Het-s] is one of the best characterized fungal prions with a remarkably high prevalence in wild populations. [Het-s] functions in vegetative incompatibility - a biological process occurring during anastomosis between two genetically incompatible strains. When an [Het-s] prion infected strain fuses with a strain expressing the alternative allelic variant of the het-s locus – het-S – a cell death reaction of the heterokaryon occurs. Differing by 13 amino acids both proteins shares two domain architecture; a globular N-terminal domain called HeLo and a C-terminal Prion Forming Domain (PFD). It has been demonstrated that in presence of [Het-s] amyloid fibers HET-S turns into a pore-forming toxin: transconformation of the HET-S PFD by [Het-s] fibers triggers the refolding of the HET-S HeLo domain, inducing the cell death reaction. In an attempt to better characterize the conserved features of the [Het-s] β-solenoid fold we have used a mutational alanine scanning approach and explored in vivo the existing relations between structure and prion functions of [Het-s]. During our quest for new distant homologues of HET-S/s, we have identified a functional partner of HET-S toxin called NWD2. NWD2 is a STAND protein and shares a homology sequence (3-23) in the HET-S/s PFD. STAND proteins form signal transducing hubs through oligomerization upon ligand recognition. Several in silico analysis in various fungal genomes led us to propose that signal transduction via a STAND protein using an amyloid prion-like fold is a general widespread mechanism in fungi. In that context, we have proposed two novel putative PFD motifs called σ and PP. Testing experimentally our hypothesis, we have first demonstrated that NWD2 interacts with HET-S/s upon ligand recognition in vivo and the interaction is dependant of the NWD2(3-23) region. We have then explored the newly identified putative prion domain PP, associated to a Helo-like domain (termed HELL) from the filamentous fungus Chaetomium globosum. By demonstrating the amyloid, prion-like nature of the PP motif and the functional analogy between PP and HET-S/s PFD domain in vivo, we expose further evidences supporting the implication of amyloid folds in signal transduction in filamentous fungi.

Le système d'incompatibilité végétative a été décrit chez tous des champignons (Eumycètes) comme intervenant dans la limitation des fusions somatiques entre conspécifiques. Chez les champignons la fusion somatique est uniquement possible entre individus de même GCV (Groupe de Compatibilité Végétative). Comme tous les systèmes de reconnaissance du soi, le fonctionnement du système d'incompatibilité végétative des champignons est basé sur une grande diversité allélique. Cette thèse propose d'étudier la relation qui semble exister entre cette diversité des gènes impliqués dans l’incompatibilité végétative des champignons et la pression parasitaire exercée par des éléments cytoplasmiques délétères (ou DCE) transmis lors des fusions somatiques. Trois problématiques ont été abordées, avec trois approches différentes : (1) une approche conceptuelle générale portant sur l’évolution des systèmes de reconnaissance du soi, (2) une approche de modélisation sur le maintien de la diversité en GCV de la population de champignon par un DCE et (3) une approche expérimentale, pour étudier d’une part la perméabilité de la barrière d‘incompatibilité végétative et d’autre part l’interaction C. parasitica/CHV et les liens existant entre transmission et virulence du CHV. Ces études ont permis de montrer l'importance de la perméabilité de la barrière d'incompatibilité végétative à la fois au niveau du maintien de la diversité génétique de la population d'hôte et au niveau de la prévalence des DCE. Il semblerait donc que les DCE évoluent vers des niveaux de virulence faible du fait de la limitation de leur transmission par le système d'incompatibilité végétative de leur hôte. Nos résultats expérimentaux suggèrent que lorsque la diversité en GCV de la population d'hôte est faible, la virulence des DCE pourrait évoluer suivant le modèle du trade-off impliquant une évolution vers un niveau de virulence intermédiaire optimal. Ces travaux permettent donc de mieux comprendre les mécanismes agissant sur l'écologie et l'évolution des interactions champignon/DCE qui, au vu de cette étude, apparaissent comme de bon modèles pour l’étude des systèmes hôtes/parasites. / Vegetative incompatibility systems have been described in Fungi as controlling somatic fusion between conspecifics. For fungi, only fungi of the same vc type can fuse together. As other self recognition systems, this system involved high allelic diversity at specific genes. The issue of this work is to study the cause and effect relationship between the evolution of vegetative incompatibility systems and the selective pressure drove by cytoplasmic deleterious elements, transmitted during somatic fusion. Three problematics with three different approach were done : (1) a conceptual general framework on the evolution of self recognition systems (2) a theoretical work on the maintenance of vc type diversity by DCE and (3) an experimental work on the study of relationship between transmission and virulence in the C. parasitica/CHV host-parasite system. Ours results showed the key role of the permeability of the vegetative incompatibility barrier both for vc type diversity maintenance and on DCE prevalence. DCE would evolve toward avirulence in response to the transmission limitation by host incompatibility systems. Experimental work suggested a positive link between virulence and transmission in some population of CHV when host present a low vc type diversity, which could allow the evolution of the DCE toward an intermediate optimal virulence. This study would shed some light on mechanisms acting on the ecology and the evolution of fungi/DCE interaction which, according to our results, would be good study models for works on host-parasite systems.